Mikroprosesor

Sebuah personal komputer yang bisa terdiri dari CPU, memori, harddisk, diskdrive, input/output device, display screen (monitor), keyboard, mouse, modem, printer, CDROM Drive. PC biasanya merupakan low-cost mesin yang dapat menjalankan fungsi yang ada di komputer-komputer yang lebih besar tetapi menggunakan bantuan software (perangkat lunak) untuk memudahkan pemakaiannya.

Komputer dengan skala kecil dan murah yang dapat dibeli oleh perorangan mulai ada sejak tahun 1970 sejak diketemukannya chip semikonduktor. Sebuah badan usaha kecil dengan nama MITS membuat personal komputer yang pertama yang diberi nama Altair. Komputer tersebut menggunakan microprocessor 8080 dari Intel yang dikembangkan pada tahun 1974. Meskipun Altair lebih populer di kalangan orang-orang yang hobi komputer, pemakaian secara komersial masih sangat terbatas karena pembeli harus merakit komputer tersebut dari model kit.
Microprocessor dikembangkan pada akhir tahun 1970 sebagai hasil dari teknologi LSI (Large Scale Integration), suatu rangkaian elektronik terpadu yang memungkinkan menggabungkan ribuan transistor, dioda, dan resistor pada sebuah chip silikon sebesar 5 mm persegi. Pada awal tahun 1980 teknologi VLSI (Very Large Scale Integration) berkembang sangat pesat dan digunakan sebagai rangkaian elektronik dalam sebuah microprocessor, yang mampu menggabungkan ratusan ribu komponen elektronik dalam sebuah chip yang mempunyai ukuran sama dengan chip LSI.
Dengan semakin berkembangnya teknologi pembuatan microprocessor dan semakin murahnya biaya produksi yang digunakan, memungkinkan para insinyur komputer untuk mengembangkan microcomputer. Komputer semacam ini mempunyai ukuran yang lebih kecil daripada televisi portabel tetapi mempunyai kemampuan hitung yang cukup baik untuk dipakai dalam bisnis, industri dan ilmu pengetahuan. Microprocessor tersebut juga memungkinkan pengembangan produk-produk seperti intelligent-terminal, automatic teller machine dan point of sale terminal yagn biasa dipakai di toko-toko retail. Microprocessor juga banyak digunakan ebagai rangkaian kontrol dalam industri robot, alat-alat penelitian, dan peralatan-peralatan rumah sakit. Kemajuan teknologi tersebut juga memungkinkan microprocessor dipakai untuk produk-produk konsumen seperti: programmable microwave oven, televisi, game-game elektronik dan juga dalam bidang-bidang otomotif.
Integrated Circuit (IC)
Integrated Circuit (IC) juga disebut Microcircuit adalah sekelompok komponen elektronik, yang digabungkan menjadi satu kesatuan rangkaian dalam suatu chip yang dinamakan substrate (atau biasa disebut silikon). Satu kesatuan unit tersebut terdiri dari aktif semikonduktor (transistor dan dioda) dan pasif komponen (kapasitor dan resistor). Komponen-komponen yang digabungkan tersebut dalam ukuran mikroskopis.
Selama perang dunia II, peralatan-peralatan elektronik dalam bentuk yang sangat kecil sangat dibutuhkan. Karena itu para insinyur pada jaman itu belajar untuk mendapatkan suatu metoda agar konstruksi rangkaian elektronik dapat diperkecil. Sejak diketemukannya transistor pada tahun 1947, revolusi rangkaian elektronik mulai menampakkan perubahan yang berarti. Transistor tidak hanya merupakan solid-state device yang pertama, yang mempunyai kemampuan untuk memperkuat sinyal, tetapi juga menghasilkan perubahan yang potensial dalam hal semikonduktor karena dapat menghasilkan komponen dalam bentuk yang sangat kecil. Dari transistor tersebut dibuat rangkaian pertama dalam bentuk integrated circuit yang disebut monolithic integrated circuit pada tahun 1958. Sejak saat itu perkembangan teknologi integrated circuit terus berkembang.
IC yang mula-mula hanya terdiri dari 10 buah komponen dalam sebuah chip silikon berukuran 3 mm persegi). Pengembangan LSI (Large Scale Integration) pada permulaan tahun 1970 memungkinkan untuk menggabungkan ribuan transistor dan beberapa komponen lain dalam sebuah chip yang kira-kira ukurannya sama dengan sebelumnya. Teknologi tersebut membawa pengembangan ke arah microprocessor, yang merupakan sebuah IC yang terdiri dari rangkaian aritmatik, logik, dan kontrol untuk melaksanakan fungsi-fungsi central processing unit (CPU). Teknologi VLSI (Very Large Scale Integration) kemudian mulai dikembangkan sejak 1980 dan mengalami perkembangan yang sangat pesat sehingga dihasilkan microprocessor yang terdiri dari lebih 20.000.000 transistor dalam sebuah chip dengan ukuran kurang dari 2 cm persegi.
Integrated circuit kemudian berkembang terus dengan ukuran yang semakin kecil dan mempunyai kemampuan yang jauh lebih baik dibanding rangkaian konvensional karena ukurannya yang jauh lebih kecil dan pemakaian sumber daya yang jauh lebih kecil pula serta kemampuan proses yang jauh lebih cepat. Perkembangan integrated circuit terus berkembang dan semakin kompleks dan digunakan di semua sektor industri elektronika. Dengan adanya integrated circuit, revolusi peralatan elektronik semakin cepat dan banyak digunakan di hampir semua peralatan seperti kamera, microwave oven, dan PC yang semula tidak terpikirkan.
Operating System
Operating System adalah software yang mengontrol operasional suatu komputer dan proses dari program-program yang dijalankan. Operating system adalah sekumpulan instruksi yang sangat kompleks yang mengatur urutan dari suatu pekerjaan yang harus dilakukan oleh komputer dengan mengalokasikan instruksi-instruksi tersebut ke berbagai macam hardsare sistem yang ada seperti: central processing unit, main memory, dan peripheral sistem. Operating system memerintahkan central processor, storage, eksekusi program dan tugas-tugas khusus seperti mengakses file, menjalankan software aplikasi, mengontrol monitor dan memory storage device serta menginterpretasikan perintah-perintah dari keyboard. Ketika sebuah komputer menjalankan beberapa tugas secara bersamaan, operating system bertindak mengalokasikan computer’s time dan resources pada urutan waktu yang paling efisien, tugas-tugas mana yang mendapat prioritas untuk dikerjakan dulu. Proses ini yang biasa disebut dengan time-sharing. Operating system juga mengatur interaksi komputer yang satu dengan yang lain dalam suatu network.
Seorang ahli matematika dari Inggris, Charles Babbage pernah membayangkan bagaimana sekelompok instruksi yang harus dijalankan untuk sebuah digital komputer dalam desain-nya yang disebut “analytical engine” (1834), tapi proyek tersebut tidak pernah terwujud. Operational stored-program komputer diselesaikan pertama kali pada tahun 1949 di University of Cambridge. Operating system yang banyak dipakai tahun 1950 sampai 1980 kebanyakan dikembangkan oleh private company untuk menjalankan mainframe computer dan aplikasi. System yang paling populer untuk mainframe saat itu dibuat oleh International Business Machines Corporation (IBM) — termasuk MVS, DOS.VSE, dan VM.
Sebagai tambahan untuk sistem-sistem proprietary, open operating system mulai dikembangkan untuk menjalankan komputer-komputer yang dibuat oleh pihak ketiga. Open operating system tersebut mulai dikenal sejak tahun 1980 dan sampai sekarang banyak digunakan untuk menjalankan personal komputer (PC) dan workstation. Operating system yang dominan adalah disk operating system (DOS) yang dikembangkan oleh Microsoft Corporation. Yang juga populer adalah Microsoft’s Windows NT, yang dapat mendukung enhanced komputer grafik.
Disamping operating system untuk mainframe dan PC, network operating system juga telah dikembangkan sehingga PC dan workstation dapat saling berhubungan dan menggunakan peripheral secara bersama dan dapat berkomunikasi dengan mainframe dan server. Network operating system biasanya bertindak sebagai layer tambahan diatas primary operating system, seperti DOS. Network operating system yang dominan misalnya: Novell Inc’s UNIX, sebuah operating system yang didesain untuk network workstation, dan Novell Netware yang merupakan pioner network operating system.
Software (Perangkat Lunak)
Software adalah sekumpulan instruksi yang memberitahu komputer apa yang harus dilakukan. Software meliputi kumpulan program, procedure dan routine yang berhubungan dengan operasi sistem komputer. Istilah-istilah tersebut untuk membedakan instruksi-instruksi yang dilakukan oleh hardware yaitu komponen fisik dari suatu sistem komputer. Sekumpulan instruksi yang memerintahkan hardware komputer untuk melakukan suatu tugas disebut program atau software program.
Dua jenis utama dari software adalah system software dan application software. System software mengontrol fungsi internal dari sebuah komputer melalui operating system, dan juga mengontrol beberapa peripheral seperti monitor, printer, dan storage device. Sedangkan application software, memerintahkan komputer untuk menjalankan command yang diberikan langsung oleh user, dengan kata lain termasuk program-program untuk memproses data yang dikehendaki user. Application software meliputi word processor, spreadsheet, database management, inventory dan payroll program dan banyak lagi aplikasi-aplikasi yang lainnya. Kategori lain yang termasuk dalam aplikasi software adalah network software, yang mengatur komunikasi data yang terjadi antara komputer-komputer yang terhubung ke network.
Software biasanya disimpan di storage devise seperti hard drive atau magnetic diskette. Ketika program akan digunakan, komputer akan membaca dan memanggil program tersebut dari storage device dan menempatkan instruksi – instruksi yang dipanggil ke random access memory (RAM). Proses tersebut disebut dengan “running” atau “executing” program. Secara kontras ada yang dinamakan “hard software” yang maksudnya software program dan procedure secara permanen disimpan di memori komputer tetap yang dinamakan read only memory (ROM) yang biasanya disebut “firmware”.
Workstation
Workstation adalah sebuah high-performance computer system yang dirancang untuk single user dan mempunyai kemampuan grafik yang bagus, kapasitas penyimpanan yang besar, dan memiliki microprocessor yang cepat (central processing unit). Sebuah workstation mempunyai kemampuan yang lebih dibanding sebuah personal computer (PC) tetapi sedikit lebih rendah dibandingkan sebuah midrange computer (yang dapat mengatur sebuah network yang lebih besar dan menangani data-processing yang lebih baik). Istilah workstation kadang kala dipakai untuk menggambarkan sebuah dumb-terminal yang terhubung ke komputer mainframe.
Kebanyakan workstation menggunakan microprocessor yang menggunakan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing), sebagai pengganti dari CISC (Complex Instruction Set Computing) yang digunakan di PC. Dengan arsitektur RISC tersebut, proses pemindahan data menjadi lebih cepat. Sebagai akibat penggunaan arsitektur RISC tersebut, application software yang dijalankan di workstation tersebut harus mengikutsertakan lebih banyak instruksi yang lebih kompleks dibanding aplikasi yang menggunakan arsitektur CISC. Microprocessor workstation biasanya menggunakan 32-bit addressing (untuk kecepatan transfer data), tidak seperti PC yang hanya menggunakan 16-bit. Beberapa workstation yang lebih advance menggunakan 64-bit processor yang mempunyai kapasitas data-addressing 4 juta kali lebih banyak dibanding yang menggunakan 32-bit.
Kemampuan processing yang tinggi tersebut memungkinkan high-end workstation menggunakan high-resolution atau three-dimensional graphic interface, multitasking software, serta kemampuan untuk berkomunikasi yang lebih baik dengan komputer yang lain. Workstation kebanyakan digunakan untuk perhitungan-perhitungan scientific dan engineering task. Juga banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi bisnis dan finansial yang kompleks. Sebagai tambahan, high-end workstation sering digunakan sebagai server dimana client-client nya adalah PC.
Workstation dikembangkan di Amerika Serikat pada tahun 1981 oleh National Aeronautics and Space Administration untuk Apollo space program dan mulai dikomersialkan sejak tahun 1983. Perbedaan utama antara PC dan workstation terletak pada kemampuan grafik dan data-processing. Tetapi perkembangan teknologi grafik, mikroprosesor dan arsitektur RISC yang digunakan dalam high-end PC menyebabkan perbedaan tersebut semakin kabur.
Desktop Publishing
Desktop Publishing adalah penggunaan personal computer untuk melakukan tugas-tugas publishing yang biasanya memerlukan peralatan dan tenaga kerja yang lebih kompleks. Dengan desktop publishing, setiap individu dapat menggabungkan sendiri teks, data numerik, photograph, chart, dan elemen-elemen visual lain dalam sebuah dokumen yang kemudian dapat dicetak melalui printer. Keunggulan desktop publishing dibanding publishing konvensional terletak pada biayanya yang lebih murah dan penggunaan yang lebih mudah.
Sebuah desktop publishing system standar terdiri dari sebuah personal computer, sebuah video monitor, sebuah high-resolution printer, dan bermacam-macan input device, seperti keyboard, mouse, atau scanner digital. Beberapa sistem memiliki memory storage unit, communication device, dan peripheral equipment lain. Yang perlu dibutuhkan lagi adalah salah satu software aplikasi yang digunakan untuk keperluan desktop publishing tersebut, yaitu program aplikasi yang dapat menyusun elemen-elemen teks dan grafik. Banyak software desktop publishing yang cukup powerful yang menawarkan fitur-fitur yang mempunyai kemampuan untuk word processing dan grafik.
Komputer Apple
Komputer Apple adalah perusahaan pembuat personal computer, computer peripheral, dan computer software di Amerika. Perusahaan tersebut merupakan perusahaan pembuat personal computer yang pertama kali sukses dan populer dengan graphical user interface nya. Kantor pusatnya terletak di Cupertino, California.
Apple Computer, Inc. didirikan bermula dari impian panjang Stephen G. Wozniak untuk membuat komputernya sendiri. Impian tersebut mulai terwujud pertama kali tahun 1975 saat microcomputer komersial pertama, Altair 8800 dalam bentuk kit mulai dipasarkan.
Dibantu dukungan dari teman-temannya di Homebrew Computer Club, Wozniak merencanakan untuk membuat sendiri microcomputernya. Pada tahun 1976, ketika Wozniak masih bekerja di Perusahaan Hewlett-Packard sebagai engineer mengajukan desain dia dan ditolak, kemudian Wozniak yang saat itu berumur 26, bersama-sama dengan teman kelasnya yang lebih muda, Steven P. Jobs, 21 tahun, bekerja sama guna melaksanakan rencananya untuk memproduksi microcomputer tersebut di garasi keluarga Jobs, dan mulai saat itulah legenda Silicon Valley garage start-up company lahir. Jobs dan Wozniak memberi nama perusahaan mereka Apple.
Untuk modal pertama, Jobs menjual mobil VW nya dan Wozniak menjual programable kalkulatornya. Model pertama mereka berupa sebuah working circuit board yang sederhana, tetapi pada tahun 1977 atas desakan Jobs, mereka mengeluarkan model versi baru berupa mesin stand-alone dalam sebuah kotak molding plastik, tidak menggunakan kotak model besi lagi seperti yang pertama mereka buat. Komputer dengan nama Apple II ini juga menawarkan display bewarna dan fitur-fitur lain dari kreasi Wozniak yang memikat hati para pemakainya

Semenjak kelahiran mikroprosesor, banyak mikroprosesor/mikrokontroler 4, 8, 16, dan 32 bit yang dikembangkan dan bermunculan di pasaran. Intel 4004 adalah 4-bit prosesor pertama yang muncul pada tahun 1971. Intel 4004 memiliki kapasitas 8-bit instruksi dan 4-bit proses data, memori eksternal terpisah untuk program (4K) dan data (1K). Ada 46 instruksi yang tereksekusi dalam satu clock (740 kHz). Lalu selama tahun 1972 intel mengembangkan mikroprosesor 4040 yang merupakan versi advance dari 4004. 4040 memiliki 14 instruksi lebih banyak dengan 8K memori program dan juga sudah memiliki kemampuan interupsi.

Di tahun 1974 Texas Instrument mengenalkan mikrokontroler pertama TMS 1000. TMS 100 memiliki on-chip RAM, ROM dan I/O. Lalu di tahun 1974 Intel memperkenalkan mikroprosesor 8080 yang merupakan versi advancedari 8008 yang telah diluncurkan sebelumnya di tahun 1972. Yang paling populer di tahun 1976 Intel mengembangkan 8085. Seri ini dapat beorperasi pada +5V dan frekuensi 3 MHz. Di tahun yang sama Zilog Z-80 muncul dengan kemampuan lebih baik dari 8080. Z80 beoperasi pada frekuensi 2,5 MHz dan frekuensi dalam CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 10 MHz.

Seketika setalah Intel muncul dengan mikroprosesor 8080 di tahun 1975, Motorola memperkenalkan mikroprosesor 6800, lalu diikuti dengan 6502 dan 6809. Berikutnya tahun 1976 Intel mengembangkan mikroprosesor 8084 yang merupakan keluarga MCS-48. Seri ini sudah memungkinkan storage data tersimpan on-chip, tetapi code program masih tersimpan pada memori program eksternal. Tidak lama berselang dari itu MCS-48 tergantikan dengan mikrokontroler keluarga MCS-51 di tahun 1980. Intel MCS-51 menggunakan 2-byte instruksi yang lebih fleksibel, tersedia on-chip memori program (RAM/ROM/EPROM) dan memori data yang sama besar, 128 byte. Dan dapat pula terkoneksikan dengan memori eksternal. Di tahun 1982 Motorola memperkenalkan memperkenalkan mikrokontroler 6805.

Pada tahun 1975 peripheral interface controller (PIC) terbentuk di Universitas Havard. Keluarga mikrokontroler PIC mulai dikenalkan pada tahun 1985 oleh Microchip. PIC menggunakan arsitektur Havard dan telah memiliki Reduce Intruction Set. Di tahun 1978 Intel mengmbangkan 8086 yang merupakan prosesor 16-bit. Seiring dengan ini Motorola meluncurkan mikroprosesor 16-bit 68000, sedangkan Zilog meluncurkan 16-bit mikroprosesor Z8000.

Pada juni 1997, mikrokontroler ATMEL 8-bit AVR dikenalkan ke pasar. dan hari ini telah banyak kluarga dari mikrokontroler yang bermunculan dari berbagai macam sumber dan berbagai macam versi.

Mikrokontroler AVR Atmel ATMega

ATMega, Salah satu keluarga mikrokontroler AVR yang cukup populer.

Kata mikroprosesor dalam pengertian yang lebih luas berarti hanya sebuah CPU. Untuk membentuk sebuah board mikroprosesor yang lengkap blok-blok fungsional seperti memori, dan peripheral lainnya harus dihubungkan secara eksternal ke sebuah chip mikroprosesor. Sistem yang dibangun dengan cara ini disebut sebagai “Single-Board Microcomputer”. Contoh mikroprosesor adalah 8085, 8086 dan 80486.

Seperti yang telah didiskusikan pada bagian sebelumnya, jika melihat kebutuhan desain dari otomatisasi kita memerlukan sebuah perangkat yang mana semua blok-blok fungsional tadi terdapat dalam sebuah IC. Oleh karena itu konsep ‘single-chip’ mikrokomputer menjadi kenyataan, dan single-chip mikrokomputer ini adalah ‘Mikrokontroler’.

Contoh-contoh dari mikrokontroler adalah Intel MCS-51, keluarga PIC dari Microchip, Atmel 89CXX, 89CXX51.Mikrokontroler dapat diprogram dan memilliki blok-blok fungsional yang sesuai jika dipadukan dengan kebutuhan desain elektronik yang lebih umum.

Salah satu kelas penting lain dari mikroprosesor adalah ‘Bit-Slice Processor’. Istilah bit-slice prosesor berarti bahwa prosesor dapat diinterkoneksikan kedalam bentuk potongan-potongan prosesor yang lebar wordnya dapat ditentukan. Bit-slice prosesor terdiri dari 4 atau 8 bit ALU, register, dan jalur kendali. Jalur kendali terkoneksi pada setiap prosesor-prosesor dan semua prosesor tersebut dapat melakukan operasi yang sama.

Contoh bit-slice prosesor adalah AMD seri 2900. Desain bit-slice prosesor memilki beberapa keuntungan. Keuntungan yang pertama adalah ALU dapat digabungkan untuk membentuk komputer yang bisa mengelola data yang cukup besar dalam satu waktu.

Keuntungan desain bit-slice prosesor lainnya adalah dapat menggunakan teknologi chip bipolar yang sangat cepat. Lebih jauh lagi, desain bit-slicememungkinkan penggunanya membuat set intruksi sendiri untuk aplikasi-aplikasi yang mereka ciptakan.
Skema Rangkaian
P1 sbg innput PA sebaagai output

PA adalah PORT tambahan (eksternal) diluar mikrokontroler, yang disediakan dari IC PPI 8255. 

Mikrokontroler dapat menggunakan PA ini dengan cara MEMPROGRAMNYA TERLEBIH DAHULU 

lewat register internal PPI 8255 yaitu register CW (control word). 

Contoh Memprogram semua Port PPI 8255 (PA, PB, PC) sebagai output, maka reg CW harus 

diberi data 80h (lihat manual PPI 8255). 

CODE:

Program I Membaca data dari P1 

% Membaca data bit p1.4, jika bernilai 1 maka LED

% di PA akan nyala,Jika tidak maka semua LED akan mati

$mod51

            CSEG

            ORG 4000H

            LJMP START

            ORG 4100H

START:

            MOV SP, #30H

INIT:MOV DPTR, #2003H; proses isi cw dg data 80H

            MOV A, #80H

            MOVX @DPTR, A

LABEL1:JBP1.4, DISPLAY; baca bit p1.4

DISPLAY2: MOV DPTR, #2000H; jika=0 matikan semua LED

            MOV A, #00H

            MOVX @DPTR, A

            SJMP LABEL1

DISPLAY: MOV DPTR, #2000H; jika=1 nyalakan semua LED

            MOV A, #0FFH

            MOVX @DPTR, A

            SJMP LABEL1

END

Sumber: Artikel Mikroprosesor

               Materi Mikroprosesor